JAVA--Lock接口详解

最新推荐文章于 2025-12-21 21:47:42 发布

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本文详细介绍了Java中的Lock接口及其核心实现ReentrantLock等，并对比了synchronized关键字的区别。此外，文章还深入探讨了Lock接口的各种方法，如lock、tryLock等，并解释了内存同步和实现注意事项。

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1. Lock接口已知实现类

ReentrantLock,

ReentrantReadWriteLock.ReadLock,

ReentrantReadWriteLock.WriteLock

2. Lock接口解析

Lock 实现提供了比使用 synchronized 方法和语句可获得的更广泛的锁定操作。此实现允许更灵活的结构，可以具有差别很大的属性，可以支持多个相关的 Condition 对象。

锁是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。通常，锁提供了对共享资源的独占访问。一次只能有一个线程获得锁，对共享资源的所有访问都需要首先获得锁。不过，某些锁可能允许对共享资源并发访问，如 ReadWriteLock 的读取锁。

synchronized 方法或语句的使用提供了对与每个对象相关的隐式监视器锁的访问，但却强制所有锁获取和释放均要出现在一个块结构中：当获取了多个锁时，它们必须以相反的顺序释放，且必须在与所有锁被获取时相同的词法范围内释放所有锁。

虽然 synchronized 方法和语句的范围机制使得使用监视器锁编程方便了很多，而且还帮助避免了很多涉及到锁的常见编程错误，但有时也需要以更为灵活的方式使用锁。例如，某些遍历并发访问的数据结果的算法要求使用 "hand-over-hand" 或 "chain locking"：获取节点 A 的锁，然后再获取节点 B 的锁，然后释放 A 并获取 C，然后释放 B 并获取 D，依此类推。Lock 接口的实现允许锁在不同的作用范围内获取和释放，并允许以任何顺序获取和释放多个锁，从而支持使用这种技术。

随着灵活性的增加，也带来了更多的责任。不使用块结构锁就失去了使用 synchronized 方法和语句时会出现的锁自动释放功能。在大多数情况下，应该使用以下语句：

Lock l = ...; 
     l.lock();
     try {
         // access the resource protected by this lock
     } finally {
         l.unlock();
     }

锁定和取消锁定出现在不同作用范围中时，必须谨慎地确保保持锁定时所执行的所有代码用 try-finally 或 try-catch 加以保护，以确保在必要时释放锁。

Lock 实现提供了使用 synchronized 方法和语句所没有的其他功能，包括提供了一个非块结构的获取锁尝试 (tryLock())、一个获取可中断锁的尝试 (lockInterruptibly()) 和一个获取超时失效锁的尝试 (tryLock(long, TimeUnit))。

Lock 类还可以提供与隐式监视器锁完全不同的行为和语义，如保证排序、非重入用法或死锁检测。如果某个实现提供了这样特殊的语义，则该实现必须对这些语义加以记录。

注意，Lock 实例只是普通的对象，其本身可以在 synchronized 语句中作为目标使用。获取 Lock实例的监视器锁与调用该实例的任何 lock() 方法没有特别的关系。为了避免混淆，建议除了在其自身的实现中之外，决不要以这种方式使用 Lock 实例。也就是说lock和synchronized不要混用。

除非另有说明，否则为任何参数传递 null 值都将导致抛出 NullPointerException。

3. 内存同步

所有 Lock 实现都必须实施与内置监视器锁提供的相同内存同步语义，如 The Java Language Specification, Third Edition (17.4 Memory Model) 中所描述的:

成功的 lock 操作与成功的 Lock 操作具有同样的内存同步效应。
成功的 unlock 操作与成功的 Unlock 操作具有同样的内存同步效应。

不成功的锁定与取消锁定操作以及重入锁定/取消锁定操作都不需要任何内存同步效果。

4. 实现注意事项

三种形式的锁获取（可中断、不可中断和定时）在其性能特征、排序保证或其他实现质量上可能会有所不同。而且，对于给定的 Lock 类，可能没有中断正在进行的 锁获取的能力。因此，并不要求实现为所有三种形式的锁获取定义相同的保证或语义，也不要求其支持中断正在进行的锁获取。实现必需清楚地对每个锁定方法所提供的语义和保证进行记录。还必须遵守此接口中定义的中断语义，以便为锁获取中断提供支持：完全支持中断，或仅在进入方法时支持中断。

由于中断通常意味着取消，而通常又很少进行中断检查，因此，相对于普通方法返回而言，实现可能更喜欢响应某个中断。即使出现在另一个操作后的中断可能会释放线程锁时也是如此。实现应记录此行为。

5. 方法详解

lock

void lock()

获取锁。

如果锁不可用，出于线程调度目的，将禁用当前线程，并且在获得锁之前，该线程将一直处于休眠状态。

实现注意事项

Lock 实现可能能够检测到锁的错误使用，比如会导致死锁的调用，在那种环境下还可能抛出一个 (unchecked) 异常。Lock 实现必须对环境和异常类型进行记录。

lockInterruptibly

void lockInterruptibly() throws InterruptedException

如果当前线程未被中断，则获取锁。

如果锁可用，则获取锁，并立即返回。

如果锁不可用，出于线程调度目的，将禁用当前线程，并且在发生以下两种情况之一以前，该线程将一直处于休眠状态：

锁由当前线程获得
其他某个线程中断当前线程，并且支持对锁获取的中断。

如果当前线程：

在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；
在获取锁时被中断，并且支持对锁获取的中断，

则将抛出 InterruptedException，并清除当前线程的已中断状态。

实现注意事项

在某些实现中可能无法中断锁获取，即使可能，该操作的开销也很大。程序员应该知道可能会发生这种情况。在这种情况下，该实现应该对此进行记录。

相对于普通方法返回而言，实现可能更喜欢响应某个中断。

Lock 实现可能可以检测锁的错误用法，例如，某个调用可能导致死锁，在特定的环境中可能抛出（未经检查的）异常。该 Lock 实现必须对环境和异常类型进行记录。

抛出：

InterruptedException - 如果在获取锁时，当前线程被中断（并且支持对锁获取的中断）。

tryLock

boolean tryLock()

仅在调用时锁为空闲状态才获取该锁。

如果锁可用，则获取锁，并立即返回值 true。如果锁不可用，则此方法将立即返回值 false。

此方法的典型使用语句如下：

Lock lock = ...;
      if (lock.tryLock()) {
          try {
              // manipulate protected state
          } finally {
              lock.unlock();
          }
      } else {
          // perform alternative actions
      }

此用法可确保如果获取了锁，则会释放锁，如果未获取锁，则不会试图将其释放。

返回：

如果获取了锁，则返回 true；否则返回 false。

tryLock

boolean tryLock(long time,
                TimeUnit unit)
                throws InterruptedException

如果锁在给定的等待时间内空闲，并且当前线程未被中断，则获取锁。

如果锁可用，则此方法将立即返回值 true。如果锁不可用，出于线程调度目的，将禁用当前线程，并且在发生以下三种情况之一前，该线程将一直处于休眠状态：

锁由当前线程获得；或者
其他某个线程中断当前线程，并且支持对锁获取的中断；或者
已超过指定的等待时间

如果获得了锁，则返回值 true。

如果当前线程：

在进入此方法时已经设置了该线程的中断状态；或者
在获取锁时被中断，并且支持对锁获取的中断，

则将抛出 InterruptedException，并会清除当前线程的已中断状态。

如果超过了指定的等待时间，则将返回值 false。如果 time 小于等于 0，该方法将完全不等待。

实现注意事项

相对于普通方法返回而言，实现可能更喜欢响应某个中断，或者报告出现超时情况。

参数：

time - 等待锁的最长时间

unit - time 参数的时间单位

返回：

如果获得了锁，则返回 true；如果在获取锁前超过了等待时间，则返回 false

抛出：

InterruptedException - 如果在获取锁时，当前线程被中断（并且支持对锁获取的中断）

unlock

void unlock()

释放锁。

实现注意事项

Lock 实现通常对哪个线程可以释放锁施加了限制（通常只有锁的保持者可以释放它），如果违背了这个限制，可能会抛出（未经检查的）异常。该 Lock 实现必须对所有限制和异常类型进行记录。

newCondition

Condition newCondition()

返回绑定到此 Lock 实例的新 Condition 实例。

在等待条件前，锁必须由当前线程保持。调用 Condition.await() 将在等待前以原子方式释放锁，并在等待返回前重新获取锁。

实现注意事项

Condition 实例的具体操作依赖于 Lock 实现，并且该实现必须对此加以记录。

返回：

用于此 Lock 实例的新 Condition 实例

抛出：

UnsupportedOperationException - 如果此 Lock 实现不支持条件

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